Определение основных параметров солнечной энергетики

3.1.1 Определение основных параметров солнечной энергетики

Одним из перспективных ВИЭ является солнечное излучение. Так, полная средняя мощность солнечного излучения на Землю составляет 1,2×10¹⁷ Вт, т.е. на одного человека приходится около 30 МВт /16/.

Мощность солнечного излучения зависит от широты местности, времени года и суток. Кроме того, мощность солнечного излучения, практически достигающего поверхности Земли (т.е. за вычетом потерь в атмосфере), зависит также и от состояния атмосферы (наличия облаков, тумана, пыли и т. п.). Так как состояние атмосферы зависит от многих случайных факторов, то суточные и годовые графики поступления солнечной энергии имеют сложный характер.

Суммарная солнечная радиация Э_У Включает в себя излучение, падающее на горизонтальную земную поверхность, двух видов: прямое и диффузное /9 /.

 (3.1.)

где Э_пр - прямое солнечное излучение, представляет собой поток излучения, поступающего от солнечного диска и измеряемого в плоскости, перпендикулярной солнечным лучом;

Э_р -диффузное излучение поступает на Землю от остальной части небесной полусферы, претерпевая рассеяние при прохождении через атмосферу;

 - высота Солнца - угол в вертикальной плоскости (угол подъема над горизонтом).

Знать высоту солнца очень важно. При большой высоте Солнца увеличивается число световых часов, во время которых можно аккумулировать солнечную энергию.

Для известных значений месячного прихода суммарной солнечной радиации  на горизонтальную площадь S валовый потенциал солнечной радиации (СР) можно рассчитать по формуле:

 (3.2.)

Количество солнечной радиации в различных местностях Западной и Восточной Сибири сильно зависит от их географических характеристик, климата (и даже микроклимата) и трудно прогнозируемых факторов. Анализ многолетних данных поступления солнечной радиации Э_пр на территорию Сибири показал, что потенциал гелиоресурсов достаточно высок и не уступает южным регионам (табл.3.1.).

Таблица 3.1. Потенциал гелиоресурсов для различных климатов/9/

Важной характеристикой радиационного режима является продолжительность солнечного сияния, которая к примеру за год для г. Улан-Удэ составляет 2472 ч, в г. Чита- 2353 ч, в г. Новосибирске- 2077ч.

В зависимости от сезонных особенностей суточного хода облачности в том или ином районе региона периоды с непрерывной продолжительностью солнечного сияния могут относится к разным частям дня. Последнее обстоятельство имеет важное значение для оценки поступающей солнечной радиации к приемным поверхностям, поскольку наибольшая интенсивность ее наблюдается в околополуденные часы. Поэтому существенно, чтобы именно на это время приходилась максимальная повторяемость солнечного сияния.

Таблица 3.2 Продолжительность эффективной работы гелиоустановок (час) по данным непрерывного солнечного сияния станций Республики Бурятия /9/

Важнейшую роль в эффективной работе гелиоустановки, играет так же оптимальная ориентация приемника солнечной энергии, которое определяется тремя основными углами- широтой местоположения приемника  , часовым углом w, склонением Солнца (рис. 3.1.)

Рис. 3.1 Схема кажущегося движения Солнца по небосводу

Широта  - это угол между линией, соединяющей точку А с центром Земли 0, и ее проекцией на плоскость экватора. Часовой угол - это угол, измеренный в экваториальной плоскости между проекцией линии ОА и проекцией линии, соединяющей центры Земли и Солнца. Угол w=0 в солнечный полдень; в 1 ч. соответствует 15°. Склонение солнца  - это угол между линией, соединяющей центры Земли и Солнца, и ее проекцией на плоскость экватора. Склонение солнца в течение года непрерывно изменяется: от -23°27' в день зимнего солнцестояния 22 декабря до +23°27' в день летнего солнцестояния 22 июня и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия (21 марта и 23 сентября).

Согласно рис.3.1. наибольшая плотность мощности космического солнечного излучения будет при совпадении нормали к площадке и направления на Солнце. Так как положение Солнца относительно Земли непрерывно изменяется в течение года и суток, то для получения максимально возможной плотности мощности солнечного излучения углы должны меняться соответствующим образом, т.е. необходимо непрерывное слежение за Солнцем.

Однако, как показали многочисленные работы при этом сильно увеличивается стоимость солнечной установки, превышая стоимость прибавки мощности от слежения. В этой связи, для маломощных солнечных установок наиболее эффективными являются фиксированные солнечные приемники (коллекторы).

В табл. 3.3. представлена зависимость месячного прихода солнечной радиации на наклонную поверхность от угла наклона СК.

Таблица 3.3 Месячный приход СР в МДж/м² на наклонную площадку с ориентацией на юг в ясные дни для углов  = 20° , 40° , 50° . 60° , 70° , 90° /9/.